智能化住宅小區(qū)移動安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

馮楚翔 張愛華

摘要：以計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化小區(qū)建設(shè)是未來的發(fā)展方向，能夠提供安全便捷的生活環(huán)境。為了提高智能化小區(qū)的安防水平，適應(yīng)移動信息時代的需要，該文基于Android架構(gòu)設(shè)計了移動安防監(jiān)控系統(tǒng)。首先，構(gòu)建了由應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層、管理層和協(xié)議層組成的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu);然后，基于H.264技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了視頻編解碼過程;最后，按照視頻接收、視頻解碼和視頻播放設(shè)計了移動端監(jiān)控視頻播放程序，解決了系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：智能化住宅小區(qū);Android;移動安防;監(jiān)控系統(tǒng);H.264技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);視頻編解碼

中圖分類號：TP311? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0056-02

智能化住宅是信息時代的產(chǎn)物，充分利用了計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，提供舒適便利的生活環(huán)境。安防監(jiān)控系統(tǒng)是智能化小區(qū)建設(shè)的重要組成部分，可以為小區(qū)業(yè)主提供移動視頻監(jiān)控，也可以小區(qū)保安提供固定端的視頻監(jiān)控，還可以提供預(yù)警功能，建立公安、物業(yè)和居委會的聯(lián)動機制，全方位保障小區(qū)居民安全。本系統(tǒng)按照人防、物防和技防相結(jié)合的方針[1]，充分利用移動信息技術(shù)，滿足智能化小區(qū)安防建設(shè)的需要。

1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

分層是目前軟件開發(fā)普遍采用的解決方案，層與層之間采用統(tǒng)一的訪問接口，提高了系統(tǒng)的維護性、擴展性和可重用性。智能化住宅小區(qū)移動安防監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)也采用分層結(jié)構(gòu)，由應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層、管理層和協(xié)議層構(gòu)成[2]，如圖1所示。

對于如圖1所示的智能化住宅小區(qū)移動安防監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，各層簡要說明如下：應(yīng)用層，直接面向終端用戶，供終端用戶直接操作使用，可以是固定端用戶，也可以是移動端用戶。業(yè)務(wù)層，實現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯，集中體現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)需求，本系統(tǒng)業(yè)務(wù)層由五個分系統(tǒng)構(gòu)成。服務(wù)層，為業(yè)務(wù)層和管理層提供服務(wù)，具體的服務(wù)內(nèi)容很多，包括數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、流媒體服務(wù)和重定向服務(wù)等。管理層，為了保證系統(tǒng)的正常運行并適應(yīng)需求的變化，用于系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)進行的日常維護和參數(shù)設(shè)置等工作。協(xié)議層，由支持系統(tǒng)運行的若干協(xié)議構(gòu)成，包括簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和視頻編碼解碼協(xié)議等。

2 視頻編解碼過程

視頻編解碼是安防監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，選擇是否合理直接影響系統(tǒng)性能，本系統(tǒng)選擇使用容錯能力強的H.264視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，視頻編解碼過程如圖2所示。

H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強，具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，能夠提供清晰、連續(xù)和流暢的視頻圖像，被很多的安防監(jiān)控系統(tǒng)所使用。對于圖2所示的H.264視頻編解碼過程，編碼過程上部分為編碼過程，下部分為解碼過程。當(dāng)前圖像是指當(dāng)前待編碼的圖像;參考圖像是通過列表進行管理，方便對當(dāng)前圖像進行編碼;重建圖像是指上一次清空緩存后，所有新解碼的圖像。H.264編碼過程采用變換和預(yù)測的混合編碼方法， DCT變換主要用于將數(shù)據(jù)或圖像的壓縮，預(yù)測又包括幀間預(yù)測和幀內(nèi)預(yù)測，幀間預(yù)測是通過圖像幀間的時間相關(guān)性來壓縮圖像，幀內(nèi)預(yù)測采用單向預(yù)測、雙向預(yù)測和重疊快補償[3]。逆DTC變換也稱為反DTC變換，用于對壓縮圖像進行解壓縮。 H.264視頻編碼過程中，還涉及運動估計和運動補償，二者是連續(xù)的過程，運動估計用于估計每個塊或宏塊兩者之間空間位置的相對偏移量，目前主要采用基于特征的快速頑健的FFRGMET方法[4];運動補償用來減少視頻序列中的空域冗余，目的是提高壓縮比率。視頻編碼過程經(jīng)過重排序和熵編碼后生成碼流，經(jīng)過傳輸路徑后進入到解碼過程，從壓縮后的碼流中得到解碼所涉及的信息，經(jīng)過重排序、反量化和DTC變換，再經(jīng)過濾波過程，得到解碼的圖像。

3 Android系統(tǒng)架構(gòu)解析

Android是世界范圍內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的移動端操作系統(tǒng)，截至2020年6月在中國市場的占有率是78.4%，比一年前提高了1.9個百分點，占有率是全球第二大移動端操作系統(tǒng)iOS的近3.7倍，二者呈現(xiàn)出八二格局[5]。因此，智能化住宅小區(qū)移動安防監(jiān)控系統(tǒng)基于Android系統(tǒng)開發(fā)，就能直接為近百分之八十的小區(qū)居民提供服務(wù)。Android系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

對于圖3所示的Android系統(tǒng)架構(gòu)，由應(yīng)用部分、核心部分和底層部分構(gòu)成。應(yīng)用部分對應(yīng)應(yīng)用層，應(yīng)用層由多個活動構(gòu)成，可以直接運行于安裝有Android系統(tǒng)的平臺。核心部分由框架層、核心類庫和運行時構(gòu)成，框架層提供了系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序接口，可以方便地訪問;核心類庫包含有若干Android的庫文件，為軟件開發(fā)提供核心應(yīng)用程序接口;運行時分為核心庫和Dalvik虛擬機兩部分，Java代碼必須在虛擬機的解釋下才能被執(zhí)行。底層部分對應(yīng)Linux內(nèi)核，實現(xiàn)了很多重要的體系結(jié)構(gòu)屬性，允許動態(tài)可加載內(nèi)核模塊，為上層提供統(tǒng)一服務(wù)。

4 移動端監(jiān)控視頻播放設(shè)計

移動端監(jiān)控視頻播放是智能化住宅小區(qū)移動安防監(jiān)控系統(tǒng)的核心程序，也是用戶頻繁應(yīng)用的程序，該程序的設(shè)計質(zhì)量直接影響用戶體驗。設(shè)計該程序的主要工作就是解決視頻接收與視頻解碼問題。視頻接收與解碼流程如圖4所示[6]。

對于圖4所示的視頻接收與解碼流程，左側(cè)是視頻接收流程，右側(cè)是視頻解碼流程，視頻接收成功后進入視頻解碼過程，視頻解碼成功后進入視頻播放過程，這是一個連續(xù)的過程。在視頻解碼流程中，需要依據(jù)H.264協(xié)議，解碼成功后可以使用Media Player媒體播放器進行播放。

參考文獻：

[1] 金鳳.某住宅小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及配套工程設(shè)計研究[J].電腦知識與技術(shù)，2019，15（33）：285-286.

[2] 董全義.上海航華小區(qū)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2016.

[3] Boonthep N，Chamnongthai K，Phensadsaeng P.H.264 video coding-based motion estimation architecture for video broadcasting from a studio[J].Wireless Personal Communications，2020，115（4）：2851-2874.

[4] 百度經(jīng)驗. H.264編碼中的運動估計和補償方法[EB/OL].（2019-07-20）[2020-12-25]. https：//jingyan.baidu.com/article/546ae18558ae145149f28c9f.html.

[5] 劉文軒. QuestMobile： 2020中國智能終端市場Android、iOS八二開[EB/OL].（2020-08-04）[2020-12-25]. https：//www.donews.com/news/detail/5/3106079.html.

[6] 楊柯.基于Android的養(yǎng)殖場移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2017（19）：137-140，295.

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